مبانی برق 1

تعریف اتم:

کوچکترین ذره هر عنصر را اتم می گویند. 

ساختمان اتم:

اتمها از سه جزء تشکیل شده اندکه عبارتند از:

الکترونها:الکترون را با حرف  E نشان میدهند و دارای بار الکترونی منفی می باشد     

پروتون ها:پروتون را باحرف P نشان می دهند و دارای بار الکتریکی مثبت می باشد

نوترون ها: نوترون راباحرف N نشان میدهند ودارای بارخنثی می باشد.

نکته:

1-الکترون هادرمدارهای بیضوی بدور هسته اتم در حال گردش هستند.

2-تعداداتم های شناخته شده تا کنون 108 اتم می باشد.

3-آخریت لایه الکترونی رالایه والانس می گویند.

انواع عناصر

1-هادی ها(رساناها) 

2-عایق ها(نارساناها)

3-نیم هادی ها(نیم رساناها)

1-هادی ها یا رساناها و یا الکتریک ها:

اتمهایی هستند که در لایه آخرالکترونی خوددا ری 1،2،3الکترون هستند و به راحتی میتوانند این الکترون هارا از دست بدهند که عموماً فلزات جزء این دسته هستندمانند  آهن ,مس،روی ،آلومینیوم.

2-عایقهایانارساناهایادی الکتریک ها:

اتم هایی هستند که درلایه آخرالکترونی خود دارای 5،6،7،8الکترون هستند و تمایل به از دست دادن الکترون ندارند که اصطلاحاً به آنها اجسام عایق گفته میشود ،مانند: فلوئور ،اکسیژن،ازت،کلر.

3-نیمه هادی ها و یا نیمه رساناها:

اتمهایی هستند که  در لایه آخر الکترونی خود دارای 4 الکترون هستنداین اتمها گاهی

 برق رااز خود عبور می دهند  و گاهی جریان برق را از خودعبور نمی دهند.این اتم ها با گرفتن یک الکترون جزء عایق ها و با از دست دادن آن جزء خانواده هادیها محسوب می گردد. مانند:سلسیوم،قلع،سرب،ژرمانیم.

مثال :یک عنصر را برمی بایستی بر اساس آخرین لایه آن شناسائی نمود یعنی عنصری با باالکترونی 39  جزء دسته های هادی محسوب میگردد (3(18(8(8(2 چرا که در آخرین لایه خود دارای 3 عدد الکترون دارد.

نکته: تعداد الکترون ها در چند لایه ( لایه والانس )  به صورت (32(18(8(8(2 می باشد.

با توجه به توضیحات بالا یکی از بیشترین عناصری که در برق کاربرد داردقلع و سرب (سیم لحیم )     می باشد که حرارت نوک هویه باعث فعل وانفعالات شده واز حالت نیمه هادی به حالت هادی تبدیل می شود.

1-الکتریسیته ساکن:

بیشتر به صورت پتانسیل ذخیره می باشد و در اثر مالش در بعضی از اجسام به وجود می آید مانند تماس شانه با موی سر.

2-الکتریسیته جاری:

الف:جاری مستقیم یا (DC)این نوع الکتریسیته بدون ضربان است و بر روی صفحه دیاگرام به صورت یک خط مستقیم دیده میشود مقدارولتاژدر این نوع الکتریسیته همواره در یک حدمعین و ثابت میباشد.مانند:باطری ها.

ب:الکتریسیته جاری متناوب یا(AC)این نوع الکتریسیته در زمانهای مختلف دارای شدت وضعف متفاوت است که اصطلاحا" میگوییم دارای پالس یاضربان است.

مراحل مختلف تولید الکتریسیته جاری :

1-از طریق حرارت:

در این نوع الکتریسیته از دو نوع فلز که در یک نقطه به هم وصل شده اند جهت ایجاد جریان الکتریکی استفاده می شود که با حرارت دادن به نقطه اتصال دو فلز دارای جریان می شویم بارزترین نمونه آن ترموکوبل می باشد .

2-از طریق شیمیایی:

در این روش برای تولید جریان الکتریکی از فعل وانفعالات شیمیایی استفاده می شودکه ساده ترین نمونه آن باطری می باشد.

 انواع باطریها:

1-باطری های خشک یا غیر قابل شارژ

2-باطری های تر یا شارژ شونده.

1-باطری های خشک یا غیر قابل شارژ:

در این نوع باطری ها انرژی شیمیایی بر اثر یک سلسله واکنش به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و مواد تشکیل دهنده این نوع باطری ها ،قیر ،خاک اره ، کاغذ و دو الکترود مثبت (+) و منفی(-) و ذغال می باشند.

2-باطری های تر یا شارژ شونده:

امل دو قطب مثبت(+) دی اکسیدسرب و قطب منفی (-) سرب می باشد که این دو قطب توسط عایق از هم جداشده ومجموعاً  درداخل  یک ظرف محتوای اسید سولفوریک قرارمی گیرند مانند:باطری ماشینها.

 

3-از طریق نوری یا نورانی:

در این روش برای تولید جریان الکتریسیته از انرژی نورانی استفاده می شود

مانند :سلولهای خورشیدی , دزدگیرهای نوری و یا فتوسل که بر اثر تابیدن نور الکترونها آزاد شده و حرکت آنها در یک مسیر معین تولیدالکتریسیته میکند.

4-از طریق مغناطیس:

که بر اساس خاصیت آهنربا یی می باشد به طور کلی آهنربا از دو قطب N,S تشکیل شده که قطب Nآن به سمت شمال کره زمین و قطب Sآن به سمت جنوب کره زمین می باشد.

بین دو قطب N,S خطوطی وجود دارد که اصطلاحاً به آن  خطوط قوا می گویند که جهت این خطوط قوا همیشه از قطب N به قطب S می باشد.

سالها قبل دانشمندان متوجه شدند که چنانچه وسیله ای (مانند کلاف سیم) خطوط قوا را قطع کند الکتریسیته به وجود می آید که این مطلب اساس کار ژنراتورها یاآلترناتورهای امروزی است.

آثار جریان برق:

یکی ازخصوصیات جریان برق تبدیل آن به انرژی دیگری است که شامل5 قسمت می باشد.

1) نورانی:جریان برق در یک مدار مشخص باعث به وجود آمدن نور می گردد،اگرما یک سیم نازک تنگستن را در معرض جریان الکتریکی قرار دهیم جریان برق باعث گرم شدن و التهاب سیم می شود که در این حالت به خاطر گرمای زیاد و التهاب سیم تولید نور می شود مانند لامپهای رشته ای .

2) حرارتی: در این حالت با دادن جریان الکتریکی به مدار مشخص می توانیم دارای حرارت باشیم که ساده ترین نمونه آن وصل جریان برق به المنت سماور برقی یا بخاری برقی می باشد. 

3) شیمیایی:ازجریان برق می توان درمواردخاص به عنوان یک عامل مهم شیمیایی استفاده نمود که کاربرد وسیع آن در آبکاری فلزات می باشد یعنی می توان با استفاده از جریان برق تکه های بسیار ریزی از فلزات را جدا کرده بر روی فلزات دیگر نشاند.

4- مغناطیس: اگر به دور یک هسته آهن مقداری سیم روکش دار بپیچیم و آنرا به جریان برق وصل کنیم دارای یک آهنربا هستیم که این خاصیت مغناطیس کننده ای برق را نشان می دهد.

5- مکانیکی: جریان برق می تواند در یک دستگاه سازگار برای ما تولید نیرو کند که این عمل دقیقاً عکس روش تولید جریان الکتریسیته می باشد. یعنی اگر به جای حرکت کلاف سیم در داخل میدان مغناطیسی  به آن جریان بدهیم باعث حرکت کلاف می شود که این مطلب اساس کارموتورهای برق می باشد.        

مقاومت الکتریکی:

به مخالفت هادی در برابر حرکت بارهای الکتریکی مقاومت می گویند.

واحدمقاومت:

مقاومت را با حرف(R) نشان می دهند و واحد آن اهم (     )می با شد

تعریف اهم:

بک اهم مقاومت ستونی از جیوه است که سطح مقطع آن (MM2 1) و طول آن (1063)میلیمتر در دمای صفر درجه سانتی گرادباشد .حرف اهم بر مبنای کلمه یونانی امگا می باشد .

 عوامل مؤثر در مقاومت و فرمول آن :

مقاومت با طول سیم (L) و ضریب مقاومت (P-رو)نسبت مستقیم و یا سطح مقطع سیم (SیاA)نسبت عکس دارد یعنی مقاومت مساوی است با طول سیم ضرب در ضریب مقاومت روی سطح مقطع

نکته:

طول سیم بر حسب متر (M) سطح مقطع سیم بر حسب میلیمتر مربع (MM2)و واحد رو (P)میلیمتر مربع ضرب در اهم تقسیم بر متر است.

هدایت الکتریکی:

عکس مقاومت الکتریکی را   هدایت الکتریکی  می گویند ((با حرف G نشان می دهند)) واحد هدایت الکتریکی  زیمنس(S) یا مو (MHO) می باشد.

ضریب هدایت الکتریکی:

ضریب هدایت الکتریکی را با کاپا (X)نشان می دهند و عکس ضریب مقاومت می باشد .

جدول مقاومت مخصوص و هدایت مخصوص برخی از عناصر

عناصر	مقاومت مخصوص	هدایت مخصوص
نقره	0165/0	61
مس	01785/0	56
طلا	023/0	43/5
برنز	0287/0	36
آلومینیوم	029/0	34/5

نکته:

1-برای محاسبه سطح مقطع سیم از فرمول                          استفاده می شود.

2-برای محاسبه مقدار مقاومت اگر در مسئله مقدار ضریب مقاومت ((P))باشد از فرمول                    

استفاده می شود.                                

 3-اگر در مسئله مقدار ضریب هدایت ((      )) مشخص باشد از فرمول                             استفاده    می شود .

مثال (1) : یک سیم مسی به طول 100متردارای قطر یک میلی متر می باشد معلوم کنید مقاومت آن چقدر است؟